波浪中载液船舶运动的时域模拟

基于势流理论,采用切片法和脉冲响应函数方法实现船体时域运动,同时采用黏性流理论模拟计算舱内液体的非线性晃荡,进而建立了波浪中载液船舶耦合运动方程. 该方法考虑了波浪、船体、液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和黏性流理论,具有较高的计算效率. 研究结果表明：通过数值模拟计算和模型实验,数值模拟计算能够清晰显现液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动响应曲线与模型实验结果吻合良好.     

STF切片理论的实用数值计算方法改进

根据STF切片理论,建立船舶在斜浪规则波下直航运动的五个自由度耦合方程,并考虑航速及球鼻艏对水动力系数的影响加以修正.此外,针对原计算公式中横摇阻尼系数项不考虑流体黏性的问题,引入Ikeda半经验公式对该项进行非线性修正,采用辛普森积分法和四阶龙格-库塔微分法分别对船舶水动力系数和各自由度随时间历程的变化进行数值计算.以Wigley系列船型和某教学实习船为例,将水动力系数、波浪扰动力及力矩和各自由度运动幅值与相关试验值、其他文献结果以及商业软件数值仿真结果对比.结果表明,经过非线性修正后,横摇运动响应结果与商业软件数值仿真结果更加逼近,其他自由度的运动响应结果与对应的试验值和其他文献结果也都较为吻合,证明了本文计算方法的可行性,且具有一定的实用价值.     

全垫升气垫船在波浪中运动的非线性理论研究

对全垫升气垫船在波浪上航行的运动响应进行了研究.通过考虑若干主要非线性因素的影响,包括风扇风道的非线性影响、围裙触水产生的水动力的非线性影响以及围裙触水导致的气体逸流中断的影响,建立了全升气垫船在波浪中运动的数学模型.然后利用适当的数值方法,在时域上对气垫船非线性运动微分方程进行了计算,得到了气垫船的运动响应,分析了围裙触水的影响.并将理论计算结果与试验进行了比较分析,验证了理论计算方法的合理性.     

数值波浪水池中航行船舶绕射问题的数值模拟

基于计算流体力学（CFD）方法建立了数值波浪水池（NWT）,并对波浪生成传播和波浪中航行船舶波浪绕射问题进行了数值模拟.讨论了适合航行船舶绕射现象模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下NWT中波浪生成、传播和消波等,模拟计算了多个航速顶浪和斜浪航行的拘束Wigley III船模在不同波长的规则波中运动时所受的波浪力（矩）.通过与势流理论结果和Delft University of Technology（DUT）试验结果的比较显示,NWT方法计算的结果与两者的结果吻合良好;比实验更易实现和控制;能描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

随机波浪作用下船舶倾覆的量化研究

为量化船舶倾覆问题,基于随机迈尔尼科夫(Melnikov)函数和相空间传输理论,从能量的角度对随机波浪下船舶航行时倾覆发生的安全程度进行研究.考虑阻尼力矩和回复力矩的非线性以及波浪的随机性,建立船舶非线性横摇运动微分方程.采用快速傅里叶变换(FFT)将时域波浪力转换到频域,从而将随机Melnikov函数及相空间转移率扩展到考虑船舶航速和浪向角的影响,并根据其统计特性对船舶倾覆进行量化.通过实船算例研究其在随机海浪中横摇运动相空间转移率的变化情况,并分析船舶航速、遭遇浪向以及波浪特征频率对相空间转移率的影响.研究结果表明,随机Melnikov函数和相空间传输理论能够较好地对具有一定航速的船舶在随机波浪中的倾覆进行量化,从而可为进一步研究船舶稳性衡准提供有益的参考.     

非线性波浪的数值模拟

为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性.     

碎冰-波浪耦合作用下的船模增阻试验研究

为研究极地船舶在碎冰-波浪作用下的增阻性能和运动响应规律,采用半精炼颗粒状石蜡模型冰,研究迎浪工况下极地船舶的增阻随航速、冰密集度、波长、波高的变化规律,进一步探究联合作用下船舶的运动响应和阻力的变化规律.试验结果表明:在船-浪相互作用下,船模总阻力会增加,波浪增阻和船舶运动响应随波高和波长的增加而增加,并且在Fr=0...     

船行波对系泊船舶影响的数值计算

针对限制水域中船行波对系泊船舶的影响问题,运用重叠网格技术,基于数值方法的有效性验证,对系泊船舶在船行波中的运动响应及受力进行了数值计算分析,探讨了不同航速、航道几何形状及码头形状对船行波中系泊船舶的运动响应和受力的影响规律.结果表明:航行船舶的航速对系泊船舶的运动响应及波浪力有显著的影响,当航速增大30%时,橫摇最大幅值和横向力最大幅值分别增加了14倍和6倍;不同码头形状对系泊船舶的影响程度不同,直壁式航道中系泊船舶受到的横向波浪力和横摇的最大幅值几乎是在斜坡航道中的2倍,而斜坡倾角的变化对系泊船舶的运动影响则较小.     

Maxsurf Motions模块在船舶耐波性上的应用与验证

船舶作为海洋中最主要的运动物体,其在海浪中的运动问题,是船舶适航性、耐波性的基础,同时也是船舶设计建造中的关键步骤。本文采用Maxsurf Motions模块对4种国际标准船模进行了耐波性计算,验证了Maxsurf Motions中的切片理论和面元法的计算精度与可靠性,探讨了Motions程序在船舶耐波性分析中的可行性,分析了Motions模块计算误差的原因。结果表明,Motions模块对船舶运动响应以及波浪增阻的计算精度基本令人满意。对于附加质量系数和阻尼系数,Motions在中高频波段的计算精度较高。本文对Maxsurf Motions的应用起到一定的借鉴和指导作用,同时也提供了一系列耐波性计算的验证算例。     

波浪阻力线性化的能量法

应用能量法对非线性海浪阻力的线性化进行了研究.结果表明,运用现在常用的线性化公式计算的波浪阻力比实际的非线性波浪力偏小。其均方误差大于5％。这对于海洋结构物的设计和使用将是不安全的.为了改进非线性海浪阻力的计算方法.本文提出了能量法线性化方法.并通过数值计算.给出了线性化阻力修正系数的经验公式.用这种线性化方法对波浪力与非线性波浪力进行计算几乎没有误差.所以,该方法不但在谱分析中应用方便.并且消除了由于线性化带来的误差.     

功能梯度材料变转速旋转悬臂板的非线性动力学研究

 以航空发动机压气机叶片为实际工程背景,将叶片简化为功能梯度材料的旋转悬臂板模型。基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,考虑了变转速和离心力的作用,由一阶活塞理论得到气动力的表达式,利用Hamilton原理建立了系统的非线性动力学方程。应用Galerkin离散法进行二阶离散得到系统的常微分控制方程。考虑系统1:1内共振和主参数共振的情况,利用渐进摄动法得到了旋转悬臂板系统四维直角坐标形式的平均方程。通过数值仿真研究了变转速旋转悬臂板结构的复杂非线性振动响应。结果表明,叶片转速的变化对系统动力学特性有着重要的影响,在不同的转速下,系统存在着周期运动、多倍周期运动和混沌运动等多种复杂非线性动力学行为。     

船舶横摇非线性阻尼系数识别

根据自由横摇曲线估算船舶横摇非线性阻尼系数,用于预报船舶海浪中的运动．提出了能量衰减函数的概念,并由实际能量衰减函数与估算能量衰减函数之间的方差最小来确定非线性阻尼系数．由船模的自由横摇试验曲线,分别估算了平方阻尼模型及立方阻尼模型的非线性阻尼系数,并与试验数据进行了比较.结果表明,在考虑了试验测量误差的情况之下,计算结果同试验结果很接近,可用于预报实船非线性横摇运动．该方法不需要事先确定阻尼的准确形式,并且可以满足大角度横摇回复力矩强非线性的要求．     

船舶在波浪中运动的六自由度非线性耦合方程

基于刚体运动学理论,将船舶在波浪中的运动分解为平动和绕质心的转动,在分析了船舶受力情况的基础上,运用质点系相对于质心的动量矩定理和Newton第二运动定律建立了船舶的六自由度运动的非线性耦合方程,在建立方程的过程中,考虑到流体对船舶的影响,引入了附加质量和附加惯性矩,最后利用该方程推导出了常用的船舶运动数学模型。     

船舶参数激励横摇运动研究综述

为避免参数激励导致船舶出现不稳定横摇,提出有效抑制参数横摇的方法.分析参数激励引起的大幅横摇运动的动力特性,从船舶非线性耦合运动、横浪运动、纵浪上参数激励运动和波浪上参数与波浪联合激励运动方面,对目前研究现状及取得的主要成果进行综述,对船舶参数激励横摇运动及其倾覆机理的研究前景进行展望.     

集装箱船波浪载荷的研究

通过船舶三维运动程序进行了船舶运动与波浪载荷的初步分析.以一艘5500 TEU集装箱实船为例,通过设置不同航行条件来确定与运动和载荷最大值对应的航向角,得到了单位规则波作用下的运动振幅以及各种航向角下中剖面的受力转换函数和受力转换频谱,得到了主要载荷参数最大值所在位置、数值以及相应的航行条件,最后运用波谱理论进行了长期波浪载荷分析,并与现行规范进行了比较.该结论可用于集装箱船极限载荷分析,也可为船体结构设计提供参考.     

非线性摩擦力对碰摩转子-轴承系统混沌运动的影响

在考虑轴承油膜力和非线性摩擦力的基础上,构造了具有碰摩故障转子-轴承系统的动力学模型,对碰摩故障转子在运行过程中的非线性行为进行了研究,并分析了转静件间相对速度影响因数对转子分岔与混沌运动的影响·发现随着速度影响因数的增加,在亚临界转速区,拟周期和混沌运动区域增大;在超临界转速区,混沌运动区域减小,碰摩力的作用效果增大,拟周期运动逐渐演变为周期3运动·该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了依据和参考·     

波形阻力预估及船型优化

本文用线性兴波理论建立了波形阻力的理论公式（数学模型）,从理论上考虑了主尺度和系数、横剖面形心高及棱形曲线对波阻的影响;根据17艘肥大船模65种状态的实测波形资料,用统计分析法计算得出一组随傅氏数而异的波形阻力预估公式;为使数学模型付诸电算,定义了属统计学范畴的“广义相关系数”。本项研究发现横剖面形心高对波形阻力影响甚大,其对肥大船波阻之影响超过横剖面面积的影响;为判断船舶在某航速下,两者对波阻的影响何者更大,定义了“影响因子”及其曲线。本文用非线性规划理论复形法优化船型,使改进船比原船波阻显著下降。     

含间隙超音速二元弹翼非线性颤振与主动控制

研究含间隙超音速二元弹翼非线性颤振特性和主动控制问题．采用三阶活塞理论建立了含间隙二元弹翼非线性气动弹性动力学方程,利用Hopf分岔理论、谐波平衡法和数值方法,分析了系统的非线性颤振特性．应用基于微分几何法和二次型最优控制相结合的方法设计非线性系统控制器,推迟临界分岔速度．应用滑模变结构控制方法设计控制器,有效抑制非线性颤振,并讨论了控制参数对控制效果的影响．仿真结果表明,所设计的控制律可以有效地实现对含间隙超音速二元弹翼系统非线性颤振的控制．最后计算了在基础激励扰动下系统的动态响应,分别得到了周期运动、多周期运动、概周期运动以及混沌运动．